功能核酸筛选过程中次级文库的有效制备

通过SELEX技术体外筛选功能核酸元件是其发挥各种功能的必要前提。SELEX程序中,制备高质量的单链次级文库是最基础、最关键的技术之一,很大程度上决定了筛选的成败。全面总结了功能核酸筛选中的单链生成策略,如基于扩增的方法、酶消化技术、基于链霉亲和素包被珠的链分离和基于迁移率变化分离获得次级文库等,详细阐述了各种方法的优缺点与关键细节,以期为进一步开发高效的功能核酸筛选方法奠定基础。

功能核酸用于致病菌检测的研究进展

由食源性致病菌引发的疾病对人类健康构成巨大威胁。虽然一些致病菌如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌等在诊断和预防方面已经取得了重大进展,但开发快速、高效、低成本的检测方法仍然是一项挑战。功能核酸(functional nucleic acids,FNAs)是一类功能超出核酸常规遗传作用的核酸,主要包括天然的核酶(RNAzymes)、核糖开关(riboswitches)以及体外通过指数富集配体系统进化技术(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)筛选的适配体(aptamers)、核酶(RNAzymes)和脱氧核酶(DNAzymes)。适配体和脱氧核酶因具有较高的稳定性、特异性和可设计性,使其成为病原微生物识别的理想工具,近年来在生物传感和医学诊断领域备受关注。综述了功能核酸的筛选原理和流程、适配体及具有RNA裂解活性的脱氧核酶(RNA cleavage deoxyribozymes,RCDs)在致病菌检测中的应用进展和面临的挑战,并对其未来的发展前景进行了展望。

功能核酸侧流层析传感器及其食品安全快速检测应用

食品消费的全球化及食源性疾病的增加,凸显了食品危害监测和食品安全评估的重要性,灵敏、便捷、低廉的生物传感快速检测技术成为食品安全研究热点。功能核酸(FNAs)由于具有高结合亲和力、特异性识别和催化活性、易于修饰等多种功能,被集成到侧向层析分析中构建简单且可持续的纸基层析生物传感器,以实现快速、无抗体、经济高效的靶标检测。本文主要介绍基于不同功能核酸的侧流层析传感器,包括基本原理、从样品预处理到信号转导的构建过程及在食品安全检测中的应用,对未来研究方向进行展望,以期为有效预防控制食品安全问题提供一种生物传感快速检测路径。

功能核酸的机遇与挑战

核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物,是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础。从化学结构来看,核酸是通过相同的“化学键”(即核糖和磷酸之间的磷酸二酯键)连接不同的核酸碱基(5种天然碱基AGTCU)的功能分子。这些碱基有时也被称为分子基元。生物体利用5种天然碱基的程序性排列构造了多种核酸序列,实现了生命体遗传信息的精准编码。内源核酸作为遗传物质,其结构和功能的多样性造就了生物的多样性,在生命过程、疾病发生发展中发挥重要作用。

功能核酸稳定性改进策略研究进展

功能核酸是指具有特殊结构,能够执行特定生物功能的核酸分子。由于其具有易合成、生物相容性好、可编程性、可修饰性以及分子识别特性等独特的属性,功能核酸已经在生物成像、生物传感、生物医学等多种领域发挥不可替代的作用。然而,未经任何修饰的功能核酸在复杂生物体系中易被核酸酶降解,半衰期短,极大限制了其在生物医学中的应用。近年来,许多功能核酸稳定性改进策略被提出,包括碱基修饰改性策略、纳米材料保护策略、结构改变策略和构建左旋核酸策略等。在该篇综述中,讨论了目前具有代表性的功能核酸稳定性改进策略,并对这一前景广阔的领域进行了介绍。

功能核酸纳米机器生物传感器的研究进展

功能核酸纳米机器是天然或人工设计的通过核酸碱基序列特异性相互作用而自组装形成的核酸组件。功能核酸纳米机器的运转可通过两种方式使其结构或构象发生转化而被激活,一种方式是功能核酸与特定信号分子相互作用使其结构发生变化;另一种方式是在外界环境的刺激下(如改变pH、加入离子、用不同的光照射等)使功能核酸构象发生变化。目前研究的主要有G-四链体功能核酸介导的、适配子功能核酸介导的、脱氧核酶介导的、霍利迪结功能核酸介导的、基于非金属、金属材料的、链置换的、点击反应的、三螺旋核酸的、pH响应的、光诱导的功能核酸纳米机器。综述了这些经典的功能核酸纳米机器的具体运作机理,讨论了在药物靶向递送、生物成像的应用研究中的实际意义及其存在的问题;展望了功能核酸纳米机器的应用前景及可能遇到的挑战。

功能核酸概念的内涵与外延

对功能核酸概念的分析需要建立在对功能核酸研究的基础上,从内涵和外延两个方面来进行探析。从内涵来看,它是对具有特殊结构、执行特定生物功能的核酸分子的统称;从外延来看,它包括适体、核酸核酶、核糖开关、发光核酸、修饰核酸、功能核酸裁剪、核酸自组装、功能核酸纳米材料、核酸纳米酶、核酸药物、核酸补充剂以及DNA存储技术等。目前功能核酸已成功地应用于生物传感、生物成像、生物医学等诸多领域。对功能核酸这一概念进行了探讨,并尝试对其范畴、特点进行归纳总结,以期梳理和完善功能核酸的基本概念,促进该领域的进一步发展。

功能核酸检测金属离子研究进展

功能核酸是一类具有特定生物功能的核酸分子,包括核酸适配体aptamer、脱氧核酶DNAzyme和aptazyme(aptamer与DNAzyme的复合物)等,其功能远远超出传统核酸的遗传作用。近年来功能核酸已被广泛应用于生物传感等分子识别和应用研究领域,并对蛋白质、金属离子以及小分子等进行检测。该文总结了功能核酸在金属离子检测方面的研究工作进展,包括荧光传感器、比色传感器和电化学传感器等内容。

碱基的化学修饰与功能核酸研究

核酸的多样化功能正在逐渐被揭示出来,从核酶的催化功能,适配体特异性结合靶分子,到小RNA分子对于基因的干扰和调控,4种碱基和核糖-磷酸单元骨架借助多样化的高级结构展现出的化学活性和生物活性远非我们现在的认识水平,或许还有更多的功能等待开发出来。从这些天然和非天然功能核酸的结构和机制研究中,碱基替换和消除作为最常用的研究方法,使我们认识到碱基以平面堆积、静电作用、络合作用、氢键,尤其是广义酸碱的方式参与功能结构域的形成和化学反应。自然选择和人工筛选的功能核酸都具有高度的序列保守性,但从10-23脱氧核酶的功能基修饰获得了能提高催化反应速率的修饰位点和先导结构。因此,基于功能基水平的化学修饰,让我们看到了优化功能核酸的可能性,为更好地发挥功能核酸在研究工具和治疗药物方面的潜力带来了希望,虽然对于每一种功能核酸的优化修饰,引入何种功能基和如何引入功能基都是一种挑战。

外切酶Ⅲ介导的功能核酸生物传感器研究进展

外切酶Ⅲ(Exonuclease Ⅲ,Exo Ⅲ)是一种可以特异性识别并催化dsDNA从3'-羟基端逐步水解并释放出单核苷酸的核酸酶,而对ssDNA的水解作用十分有限。基于Exo Ⅲ的外切酶活性,搭载不同的信号输出方式,该酶已被成功运用到DNA、小分子和金属离子等靶物质的放大检测中。本文主要根据所检测的靶物质不同,对Exo Ⅲ介导的生物传感器进行了分类综述,阐述了各传感器的基本设计原理和灵敏度等方面内容。此外,对Exo Ⅲ与其他信号放大策略或纳米材料相结合的最新研究进展也做了较为详细的介绍。最后,对Exo Ⅲ介导的生物传感器的优缺点和发展前景进行了总结和展望,有助于Exo Ⅲ介导的生物传感器在环境监管、生物分析或临床诊断领域的深层次应用和继续研发。

数字PCR在功能核酸精准检测中的研究进展

数字PCR是近年来迅速发展起来的一种定量分析技术。该技术结果判定不依赖于扩增曲线的循环阈值(Ct),不受扩增效率的影响,具有很好的准确度和重现性,并且可以实现绝对定量分析。数字PCR已经在功能核酸检测、鉴定等研究领域显示出巨大的技术优势和应用前景。在对数字PCR技术的基本原理和定量方法介绍的基础上,对该技术在功能核酸检测的主要应用领域进行综述,并对数字PCR在功能核酸检测领域中的研究前景做出了展望。

DNA/银纳米簇介导的功能核酸生物传感器研究进展

DNA/银纳米簇(DNA/Silver nanoclusters,DNA/Ag NCs)是以DNA为模板,NaBH4和银离子为反应物生成的一种新型荧光纳米材料。近年来,银纳米簇以其出色的光物理性质、良好的生物相容性、低成本、低毒性等优点成为了生物传感器设计及应用研究的一个热点。对DNA/银纳米簇介导的生物传感器的信号输出方式进行分类,并总结了DNA/Ag NCs在体内成像和抑菌方面的应用;最后,对DNA/Ag NCs介导的生物传感器目前存在的不足及今后的发展趋势进行了展望。

功能核酸生物传感器检测金属离子的研究进展

功能核酸是具有特定结构和功能的天然或人工核酸序列。一些金属离子是人体必需的微量元素,但过量的金属离子会对人体健康带来危害。功能核酸具有易于修饰、价格低廉、稳定性高、特异性强等优点,被广泛应用于金属离子的检测。本文详细介绍了功能核酸与金属之间的相互作用,主要包括DNA/RNA切割型、连接型、错配型、点击化学型、构象改变型以及其它类型;以及功能核酸与不同信号输出方式相结合的生物传感器。最后讨论了功能核酸在金属离子检测过程中的优势以及现存的问题,对功能核酸生物传感器未来的发展方向以及应用前景进行了展望。

汞离子功能核酸生物传感器的建立与应用

利用汞离子(Hg^(2+))特异性功能核酸对Hg^(2+)识别检测,其中模板主要包括与Hg^(2+)特异性结合的识别区、形成G四链体的富G区以及由聚六乙二醇(Spacer18)链接的隔断区;靶序列主要包括5'端配对区和3'端富T区。模板与靶序列只有在Hg^(2+)存在的条件下才能结合并引发延伸,进而使富G序列在模板上剥离下来,但由于Spacer18的隔断作用导致富G序列以单链形式存在,在特定环境下形成具有过氧化物模拟酶活性的G-四链体,催化H_2O_2与2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二胺盐(ABTS)发生肉眼可见的颜色变化,进而对Hg^(2+)进行定量测定。利用构建的Hg^(2+)功能核酸生物传感器,35 min内可完成检测,线性范围为20~500 nmol/L,检出限达到16.5 nmol/L(3σ)。实际水样中的加标回收率为98.5%~103.5%。本方法操作简单、成本低、耗时短,在应急处理、实时环境检测等方面具有良好的应用价值。

基于功能核酸的纸基微流控芯片测定重金属离子的研究进展

综述了近年来用于检测重金属离子(铅离子、镉离子、汞离子和银离子)的基于功能核酸的纸基微流控芯片的研究进展,包括其类型及检测原理等,并对其发展前景进行了展望(引用文献53篇)。

功能核酸荧光标记型定量统一化检测技术的研究进展

功能核酸是一类具有特定空间构象、执行特异生物功能的天然或者人工核酸序列,具有易于修饰、价格低廉、稳定性高、特异性强等优势,搭载荧光传感系统,组装成多种荧光生物传感器,被广泛应用于环境污染物检测、食品风险因子检测、疾病诊断等多个领域。首先明确功能核酸与荧光定量检测技术等相关概念,详细阐述了几种重要的荧光物质的特点以及其与功能核酸的分子识别、作用方式与发光机制,再主要从功能核酸荧光标记型定量统一化检测技术与其实际应用角度进行分类介绍与评价对比,最后就功能核酸荧光标记型定量统一化检测技术在多种领域的检测分析中的研究意义以及存在的问题进行讨论,并对未来的发展与应用作出展望。

Pb^(2+)功能核酸生物传感器的研究进展

Pb^(2+)在低浓度下对人体的神经系统、血液系统等带来多重损伤,尤其对儿童的神经系统产生不可逆的神经损害,在自然环境中也可以通过生物链传递进入到人体,对人体健康造成影响,因此Pb^(2+)的检测受到了人们的广泛关注。目前传统的Pb^(2+)检测技术主要包括大型仪器法,化学反应比色法,电化学方法等,但仍然存在着操作复杂、成本高、检测时间长等弊端。近年来,人们发现了利用功能核酸对Pb^(2+)进行检测具有简单、快速、灵敏、强特异性等优点,因此Pb^(2+)功能核酸生物传感器受到越来越多的关注。首先介绍了Pb^(2+)依赖型功能核酸的体外筛选方法及其结构性质;其次根据Pb^(2+)功能核酸传感器的信号输出方式进行分类,包括比色生物传感器、荧光生物传感器、电化学生物传感器、纳米材料生物传感器及其他类型的生物传感器等。同时还对传感器之间的原理、灵敏度、特异性、适用领域等方面进行比较和优缺点的简单评价;最后对Pb^(2+)功能核酸生物传感器的中存在的不足,以及未来的发展方向进行了展望,意在为今后研发更便携、更灵敏、更准确的Pb^(2+)功能核酸生物传感器提供理论参考。

基于功能核酸的食品重金属污染快速检测进展

食品安全与人类健康息息相关。重金属污染已成为食品安全领域的突出问题,为保证食品安全,构建快速、廉价和可推广的食品重金属污染检测方法显得尤为重要。近年来,以功能核酸为基础的生物传感及分析技术引起了广泛关注。核酶和核酸适配体等功能核酸作为一种新型的生物识别分子,可实现对金属离子的特异性识别,在构建高灵敏、高选择性的食品重金属分析检测平台方面具有巨大的应用潜力。本文综述了功能核酸在重金属(铅、汞和镉)污染检测领域的应用进展,重点介绍了由功能核酸构建的荧光传感器和比色传感器,及功能核酸与纳米粒子复合构建的核酸纳米传感器。此外,考虑到食品重金属离子检测所涉及的区域范围广、样品数量多等问题,本文突出了功能核酸与微流控技术及便携检测设备整合的检测平台,为临场的食品重金属污染分析提供思路。

介孔二氧化硅介导的功能核酸检测技术研究进展

介孔二氧化硅纳米粒子(Mesoporous silica nanoparticles,MSNs)是一种表面多孔的无机纳米粒子,具有粒子和孔的大小可调节,大的表面积和孔体积,可进行表面修饰以及良好的生物相容性等特点被广泛应用于医疗领域作为抗癌药物的递送载体。目前,将MSNs与功能核酸(Functional nucleic acids,FNA)进行良好结合并制备生物传感器应用于检测技术领域的研究主要偏向于把FNA固定在MSNs表面,通过FNA结构的改变实现介孔中客体分子的可控释放,进一步转换为荧光信号、电信号等进行检测。综述了MSNs的基本属性、制备及其应用,重点介绍了几类基于MSNs的功能核酸生物传感器,讨论了介孔二氧化硅介导的功能核酸检测技术在应用研究中的实际意义及其存在的问题,最后展望了该项技术的发展前景,可能面临的机遇及挑战,以期能够进一步促进介孔二氧化硅介导的功能核酸检测技术在实际中的应用。

电信号分子在电化学功能核酸生物传感器中的研究进展

电信号分子是应用于功能核酸电化学生物传感器中起着信号转换作用的具有电化学活性且能够和核酸相互作用或是可以标记在核酸链上的一类分子的统称。电信号分子对于功能核酸电化学生物传感器是必不可少的一部分,它对于电化学生物传感器检测的灵敏度和应用的普及性都至关重要。简要介绍了5大类电信号分子,即染料类电信号分子、金属有机配合物类电信号分子、纳米材料类电信号分子、类过氧化氢酶类电信号分子、有机小分子类电信号分子,详细阐述了这些电信号在功能核酸电化学生物传感器中的应用,主要从产生电信号的方式、实际应用以及每种电信号的使用优缺点进行分析,并对新的电信号分子的发现或设计进行了展望,以期对后续有关电信号的研究有借鉴作用。